Đồ án máy làm đất cơ giới hóa công tác đất

Đó là những cấu tạo, đặc tính, thông số kỹ thuật, nguyên lý tínhtoán, phạm vi áp dụng sự kết hợp của các máy trong quá trình sử dụng thực tế.-Hiện nay trong lĩnh vực cơ giới hoá thi công

lời nói đầu

-Sau quá trình học tập nghiên cứu môn học “Máy và CGH công tác đất” chúng

em đã đợc trang bị những kiến thức lý thuyết cơ bản về các máy làm đất và thicông công tác đất Đó là những cấu tạo, đặc tính, thông số kỹ thuật, nguyên lý tínhtoán, phạm vi áp dụng sự kết hợp của các máy trong quá trình sử dụng thực tế.-Hiện nay trong lĩnh vực cơ giới hoá thi công, lĩnh vực máy làm đất rất đa dạng

và phong phú, với rất nhiều chủng loại, đặc tính kỹ thuật, khả năng làm việc khácnhau Công việc mà máy làm đất thực hiện chủ yếu là việc đào đắp, san nền, làmmóng Nh vậy điều kiện làm việc là thờng xuyên trực tiếp ở ngoài trời, tiếp xúcvới bụi đất, ma gió Yêu cầu đối với ngời quản lý sử dụng cần phải nắm bắt đợctoàn bộ những đặc tính và khả năng làm việc của máy,có những cách sử dụng vàbiện pháp thi công hợp lí để phát huy hét khả năng làm việc của máy,tăng năngsuất và hiệu quả công việc Còn đối với ngời thiết kế cần phải nắm đợc các thông

số kỹ thuật, yêu cầu kết cấu, khả năng chịu lực, các sơ đồ dẫn động Từ nhữngyêu cầu đó cần tiến hành tính toán thiết kế để đảm bảo máy sau khi thiết kế, chếtạo máy có đầy đủ tính năng, khả năng làm việc nh yêu cầu hỹ thuật đề ra

-Đồ án môn học “Máy và CGH công tác đất” sẽ giúp cho chúng em nắm bắt

đợc trình tự tính toán và kết cấu máy cụ thể,cách sử dụng máy hiệu quả và hợp lí

Từ đó sẽ giúp cho chúng em củng cố đợc những kiến thức lý thuyết đã học nắm bắt

đợc trình tự tính toán các yêu cầu cụ thể khi tiến hành thiết kế máy cụ thể và ứngdụng sau này

Em xin chân thành cảm ơn các thầy trong bộ môn cơ giới hoá ,đặc biệt là thầy

Phan Văn Thảo đã tận tình hớng dẫn, chỉ bảo ,giúp đỡ để em có thể hoàn thành

đồ án này

Phần 1 : Thiết kế thiết bị ủi + xới đất Máy đợc điều khiển bằng hệ thống thuỷ lực, di chuyển bằng bánh xích, máy

Nhỏ nhất: Vmin=2,5 (km/h) Lớn nhất : Vmax=10,6 (km/h)+áp suát trên đất : 4,5 N/cm2

1-Tính với thiết bị ủi Thiết bị ủi điều khiển bằng thuỷ lực bàn quay

6 Góc tạo bởi mép dới dao cắt và ph-ơng ngang  9o

-Góc tạo bởi bàn ủi và dọc trục : =900

-Chiều cao nâng bàn ủi lớn nhất tính theo công thức:

h=(0,791,22)(208.3 N ) Thay số vào ta có: h=1175 (mm)

-Bán kính cong của bàn ủi đợc xác định theo công thức:

H = a sin + R(cos +cos0) => R =

0

cos cos

+a=180 (mm) chiều rộng vùng phẳng trên bàn ủi để lắp dao cắt

Thay các số liệu vào ta có: R= 1395 (mm)

-Chiều cao tấm chắn phía trên bàn ủi tính thdeo công thức :

H1 =(0,15 0,25).H Thay số liệu vào ta có : H1=250 (mm)

-Lực tác dụng lên dao cắt:

R 2 1

R P

2-Tính với thiết bị xới:

-Thiết bị xới đợc lắp phía sau máy cơ sở, điều khiển bằng thuỷ lực

5-Má để lắp răng xới 4-Má để lắp Piston 3-Răng xới

2-Cần Piston của xilanh 1-Dầm chính

-Số lợng răng xới Z=3

-Tầm với của răng xới : l=800(mm)

-Chiều sâu xới lớn nhất h max=250 (mm)

-Các lực tác dụng lên lỡi xới:

1

R

P

R2

+Lực cản đào theo phơng ngang : P1=T.k1

k =0,8 hệ số sử dụng lực kéo của máy xới

Thay số vào công thức ta có: P1=134400 (N)Lực cản đào theo phơng thẳng đứng tác dụng lên răng xới đợc xác định theocông thức của giáo s viện sỹ I.U.sAd Vetơrốp :

dsP2 P1.tg

với =250 Thay vào công thức trên ta có : P2 = 62672 (N)

- Chiều cao nâng bộ răng xới khỏi mặt đất khi di chuyển máy phải đảm bảo saocho góc tạo bởi giữa đờng trục tâm của răng xới và phơng ngang không nhỏ hơn 200.Theo kinh nghiệm với máy xới loại trung bình chọn : H=600700mm

-Góc cắt của răng xới  =350 dùng răng thẳng

-Tiết diện ngang của răng xới tại giữa răng có dang hình chữ nhật với chiềurộng b và chiều cao h Thông thờng : b=(60100) (mm), h=(300400) (mm) tachọn :

b x h=100x300 (mm)-Góc sắc của răng xới : = ;d d =50 là góc sau của răng xới Vậy ta có =300

-Chiều cao h1 của răng xới (hay còn gọi là chiều dài của răng xới) thờng chọndựa vào chiều sâu xới lớn nhất :

h1= hmax+(100 300) (mm)

Thay số vào ta có : h1= 250+200=450 (mm)

A Tính cho máy với thiết bị xới

I xác định các thông số cơ bản của máy xới

1.Xác định các thông số động học của máy xới

a Trọng lợng chung của máy xới.

Khi trên máy kéo cơ sở vừa lắp thiết bị ủi phía trớc, vừa lắp thiết bị xới phía sau thì trọng lợng chung của máy đợc xác định theo công thức kinh nghiệm sau:

Gx= (1,35 1,45)G1

Trong đó

G1: Trọng lợng máy kéo cơ sở HITACHI, không kể thiết bị làm việc G1 = 15,8T.

Thay số: Gx = 1,35.15,8 = 21,1(T) = 211(KN)

b.Lực kéo tiếp tuyến

Thiết bị xới thờng đợc lắp trên máy kéo xích, giá trị lớn nhất của máy kéo tiếp tuyến đợc xác định theo điều kiện bám :

+ φ -Hệ số bám của máy xới bánh xích, lấy φ = 0,7.

Thiết bị xới thờng đợc lắp trên máy kéo xích nên trọng lợng bám cũng chính là trọng lợng sử dụng của máy xới

Thay số vào công thức trên ta có:

T = 21,1.0,7 = 14,8(T) = 148(KN)

2 Các thông số động học khác của máy xới:

a - áp suất tĩnh trung bình của máy xới tại bề mặt tiếp xúc giữa xích của cơ cấu di

chuyển máy xới và mặt đất :

Gx – Trọng lợng sử dụng của máy xới : Gx = 211(KN)

L - Chiều dài bề mặt tựa của xích di chuyển : L = 2,7(m)

b – Chiều rộng của xích di chuyển :b = 0,56(m)

Thay các giá trị vào công thức trên ta có :

p = 2.2,2117.0,56 = 69,8(KN/m2)

b Xác định lực cản đào của đất tác dụng lên răng xới :

+Lực cản đào theo phơng ngang : P1=T.k1

k =0,7 hệ số sử dụng lực kéo của máy xới

Thay số vào công thức ta có: P1=103600 (N)Lực cản đào theo phơng thẳng đứng tác dụng lên răng xới đợc xác định theocông thức của giáo s viện sỹ I.U.A Vetơrốp :



tg P

P2  1. với =250 Thay vào công thức trên ta có : P2 = 48309 (N)

c Xác định toạ độ tâm áp lực động của máy xới xuống đất.

Khi máy làm việc, tại bề mặt tựa của xích di chuyển và đất xuất hiện áp lực động

R áp lực R của máy xới tác dụng xuống mặt đất đặt cách điểm tựa phía sau của máy một toạ độ là x ( Hình vẽ) Toạ độ này phụ thuộc vào lực cản đào đất P1,P2 tác dụng lênrăng xới và lực đẩy của máy đẩy Đợc xác định theo công thức :

Các thông số d1, d2, hmax,hT là các khoảng cách từ các điểm đặt lực Gx, P1, P2, đến

điểm tựa phía sau trên mặt đất của máy kéo cơ sở - điểm B

Thay các giá trị vào công thức trên tính đợc : x = 0,65(m)

d Vận tốc nâng, hạ bộ răng xới :

+ Khi nâng: vn=(0,30,5) m/s

+ Khi hạ: vh=(0,51,0) m/s

3 Xác định các thông số hình học của máy xới.

+ Chiều sâu xới lớn nhất : hmax = 250(mm)

+ Tầm với hay còn gọi là độ vơn của bộ răng xới phụ thuộc vào chiều sâu xới lớn nhất và đợc lấy theo kinh nghiệm : l=hmax+(250600)(mm) = 250+550 = 800(mm) + Chiều cao nâng bộ răng xới khỏi mặt đất khi di chuyển máy phải đảm bảo sao cho góc tạo bởi giữa đờng trục tâm của răng xới và phơng ngang không nhỏ hơn 200 Theo kinh nghiệm có thể chọn chiều cao của bộ răng xới nh sau :

Với máy xới loại trung bình : H=700(mm)

+ Chiều cao h1 của răng xới(hay còn gọi là chiều dài của răng xới) thờng chọn dựa vào chiều sâu xới lớn nhất :

     = 350 - 50 = 300

Với   5  7 0-góc sau của răng xới+ Bớc răng t là khoảng cách đo theo phơng ngang giữa đờng tâm của hai răng xớiliên tiếp nhau

Ta chọn t =900(mm)

+ Khoảng cách từ mép xích di chuyển của máy đến bộ răng xới với máy xới côngdụng chung : a=(1,52,0)hmax = 450(mm)

II tính toán lực kéo và công suất kéo máy xới

Lực kéo cần thiết để khắc phục các lực cản tác dụng lên máy xới trong khi làm việc

đ-ợc xác định trong công thức sau:

T   W Trong đó :

 W- Tổng các lực cản tác dụng lên máy xới trong khi máy xới di chuyển và xới đất

 W = P1 +(Gx + P2)(fi ) (daN)

ở đây :

P1- Lực cản đào tiếp tuyến tại răng xới

P2 - Lực cản đào pháp tuyến tại răng xới

Gx - Trọng lực của máy xới

f Hệ số cản di chuyển của máy xới Hệ số f đợc chọn theo máy kéo bánh xích Ta có f = 0,06

i -Độ dốc của nơi làm việc Thay số:

wV

N  (HP)Trong đó:

+ V- Tốc độ di chuyển làm việc của máy xới;d lấy V = 2,5(km/h0

+  Hiệu suất truyền động của máy xới;d lấy  = 0,85

Thay số vao công thức trên ta có:

N = 14500270.0,.852,5 =36250229,5 = 158(hp)

Máy xới lắp trên máy kéo HITACHI D180, có công suất 180(hp)

III Xác định lực tác dụng lên máy xới

- Sơ đồ lực tác dụng lên máy xới đợc mô tả trên hình vẽ dới đây

Hình a là sơ đồ các lực tác dụng lên máy xới.

Các lực đã biết gồm :

- Trọng lựơng máy xới Gx = 21,1(T)

- Phản lực của đất lên răng xới theo phơng tiếp tuyến P1 và theo phơng pháp tuyến P2.

- áp lực động của máy xuống đất R

Cần phải xác định lực trong cơ cấu nâng thiết bị xới Px,dựa vào phơng trình cân bằng mômen của các lực lấy với điểm đặt áp lực R _ điểm 0

Trong đó :

P1 = 10,36(T);d Gx = 21,1(T)

+Lx là khoảng cách từ lực Px đến điểm 0 +L3 là khoảng cách từ lực Gx đến điểm 0

+L1 là khoảng cách từ lực P2 đến điểm 0

+h là khoảng cách từ lực P1 đến điểm 0

Để xác định giá trị lớn nhất của Px, ta cần xác định đợc giá trị lớn nhất của P2.Phản lực P2 theo phơng thẳng đứng tac dụng lên răng xới, đợc xác định ở 2 trờng hợp sau:

* Khi nâng dần bộ răng xới lên (hình b), P2 hớng xuống:

RB =

4 5

L L

L L

) 9 , 0 7 , 2 (

1 , 21





= 10,26(T)

Khi tính chọn đờng kính xilanh nâng hạ thiết bị xới phải lấy giá trị lớn hơn của P2

để xác định px theo công thức trên, đồng thời phải kể đến tải trọng động phát sinh khi gặp chớng ngại vật với hệ số kđ = 1,41,8 Nghĩa là lấy P2 = 19(T)

Nếu kể đến tải trọng dộng khi ngời xới gặp chớng ngại vật thì :

P2max = P2.kđ

B.Tính cho máy với thiết bị ủi

I xác định các thông số cơ bản của máy ủi

A Các thông số động học của bàn ủi: Đợc chọn theo bảng (4-1).

STT Các thông số độn b g học của bsàn ủi học của Loại bàn ủi quay

2 Chiều rộng bàn ủi B đợc chọn nh sau:

B = (2.6  3.0).H Chọn B = 346 mm

Hình 4-1: Các thông số cơ bản của bàn ủi.

3 Bán kính cong của bàn ủi đợc xác định theo công thức:

H = a sin + R(cos +cos0) => R =

0

cos cos

+a=180 (mm) chiều rộng vùng phẳng trên bàn ủi để lắp dao cắt

Thay các số liệu vào ta có: R= 1395

4.Chiều cao tấm chắn phía trên của bàn ủi:

H1=(0.15 0.25).H =250 (mm) Khi biết trớc công suất động cơ của máy kéo (mã lực) có thể sơ bộ chọn các thông

số của máy ủi theo công thức kinh nghiệm cho trong bảng (4-1,a)

Thay số vào ta có : R1= 18268(N)

II-Xác định lực tác dụng lên máy ủi

-Sơ đồ lực tác dụng lên máy ủi thể hiện trên hình vẽ sau:

-Lực nâng S trong cơ cấu nâng thiết bị làm việc

-Phản lực tại khớp bản lề liên kết giữa khung ủi với máy Pc Phản lực Pc phânthành 2 thành phần:

= 2,76(T)

ở đây : l = 4400(mm), l0 = 3300(mm),m = 500(mm)

Đối với máy thuỷ lực ta lấy giảm đi 10% nên : GTB = 2,48(T)

2 Phản lực của đất tác dụng lên bàn ủi P

-Phản lực P đợc phân thành 2 thành phần:

+P1 theo phơng ngang + P2 theo phơng đứng

a) Khi bàn ủi bắt đầu ấn sâu dao cắt xuống đất (dao bị mòn cùn)

-Trớc bàn ủi cha có khối đất lăn, lúc đó:

P1 = R1 = 1,83(T) ;d P2 = R2 = 2,28 (T)

ở đây P2 hớng lên và điểm đặt của P1 và P2 nằm tại mặt nền đất cơ bản

b) Khi nâng bàn ủi ở cuối giai đoạn cắt đất và tích đất

-Trớc bàn ủi đã có khối đất lăn Khối đất này tạo ra áp lực N, nén vào lòng bàn

ủi Dới tác dụng của N, tại bề mắt làm việc của bàn ủi xuất hiện lực ma sát Fms, cảnlại chuyển động của đất khi nó cuộn lên phía trên bàn ủi: Fms=1.N

-Mặt khác lực ma sát này đợc xác định theo công thức: Fms=Gđ.1.cos

+=550: Góc cắt đất của dao cắt

+ 1: Góc ma sát giữa thép và đất 1 =arctg(0.8)=390

+ Gđ=5,83 (T): Trọng lợng của khối đất trớc bàn ủi.

-Khi máy ủi làm việc gặp chớng ngại vật ở dao cắt sẽ phát sinh tải trọng động.Lúc đó phản lực theo phơng ngang của đất tác dụng dao cắt là lớn nhất:

d P c P c P

P

1

1 1 1

d P

1

1aSuy ra: P1d=(kd-1).P1c=(1,5-1).17,1=8,6(T)d

1 1

-Lực P2 có giá trị max tại vị trí nâng bàn ủi lên ở cuối giai đoạn cắt đất và tích

đất Khi đó R1=R2=0 và góc cắt  có giá trị nhỏ nhất Lực P2 hớng xuống và đợcxác định theo công thức:

P2max=P1.cotg(+1)

*Thay các giá trị vào công tức ta có: P2max= -0,36 (T)

3 Lực tác dụng lên cơ cấu nâng thiết bị ủi

Sơ đồ xác định lực trong cơ cấu nâng (ở vi trí ấn sâu dao cắt xuống đất)

p 2

p 1

G tb R

lo

b a

1 c

* Khi bắt đầu ấn sâu dao cắt xuống đất

-ở giai đoạn cắt đất lực trong cơ cấu nâng thiết bị ủi đợc xác định từ phơngtrình cân bằng mô men của các lực với điểm C

r

l P m P l G

max

(cot



Thay số vào ta có: Smax=

8 , 2

) 94 cot 4 , 4 5 , 0 ( 7 , 25 3 , 3 48 ,

=4,69 (T)Giá trị lớn nhất của Smax trên cơ cấu nâng phải thoả mãn điều kiện ổn định củamáy: Smax  Sy

Trong đó Sy là lực trên cơ cấu nâng đợc xác định từ điều kiện ổn định của máy

ủi Với máy ủi điều khddiểdn bằng thuỷ lực , vị trí để xác định Sy là ở cuối quátrình cắt, trớc bàn ủi đầy đất, cơ cấu nâng làm việc để nâng thiết bị ủi, máy có xuthế lật quanh điểm ngoài ra Sy còn đợc xác định ở vị trí bắt đầu ấn dao cắt xuống

đất để thực hiện quá trình cắt, máy có xu thế lật quanh điiểm B d

+Tính khi máy máy ủi lật quanh điểm A

b a

Khi máy ủi lật quanh điểm A thì lực P2 đợc xác định từ phơng trình cân bằngmô men với điểm A và theo công thức

1

1 0 2

) (

l l

l l G l G

Lực Sy trong cơ cấu nâng đợc xác định khi máy lật quanh điểm A từ phơngtrình cân băng mô men với điểm C, theo công thức:

r

l G m P l P

.

+Gđ : Trọng lợng của khối đất đợc nâng cùng bàn ủi

+Q: Lực cản trợt giữa khối đất đợc nâng cùng bàn ủi và phần đất còn lạitrong khối đất lăn trớc bàn ủi

+P1 và P2: Phản lực của đất tại dao cắt

+Zc và Xc: Phản lực tại khớp liên kết giữa khung ủi và máy Trọng lợng khối đất đợc nâng cùng bàn ủi xác định theo công thức:

1 2

2

.

tg

H B B

+B,H: Chiều rộng và chiều cao bàn ủi

+=1,8 (T/m3): Trọng lợng riêng của đất

+=450: Góc chảy tự nhiên của đất

+F1: Diện tích tiết diện ngang của khối đất đợc nâng lên cùng bàn ủi Thay số vào công thức ta có: Gđ= 1,26 (T)

-Lực cản trợt đợc xác định theo công thức:

Q = kb.F2

Trong đó:

+kb=0,5: Hệ số bám của đất và đất khi chúng trợt tơng đối với nhau +F2: Diện tích bề mặt trợt giữa khối đất đợc nâng lên cùng bàn ủi vàphần đất còn lại trong khối đất lăn trớc bàn ủi.Tính theo công thức: F2 = B.H2

+H2: Chiều cao của bề mặt trợt nói trên Thờng H2 = (0.7  0.8) HThay số vào tính ta có: Q= 3,46.1,14.0,5 = 1,97 (T)

Lực nâng Smax trong trờng hợp này đợc xác định từ phơng trình mô men lấy với

điểm C và đợc xác định theo phơng trình sau :

r

m P l P l Q l G l G

-Lực nâng Smax phải thoả mãn: Smax  Sy

Sy=20,3 (T): Đợc xác định từ điều kiện ổn định, máy lật quanh điểm A- điểmtựa phía trớc của xích di chuyển

Kết hơp bài toán ta thấy điều kiện Smax  Sy đợc thoả mãn

*Lực nâng để tính toán sức bền của cơ cấu nâng đợc xác định theo công thức:

St=Sy.Kđ Trong đó:

+Kđ: Hệ số tải trọng động, Kđ = 1,5Thay số vào tính ta có : St=30,45(T)

-Mặt khác lực nâng Smax phải đợc kiểm tra theo công suất động cơ của máy kéo

và phải thoả mãn điều kiện để máy vừa nâng thiết bị ủi vừa di chuyển khi làm việc:

kW V T V S N N N

d

d n

n y d n c

1000

.

+Nđc=134 (kW): Công suất động cơ của máy kéo cơ sở

+Nn: Công suất tiêu hao cho cơ cấu nâng thiết bị ủi

+Nd: Công suất tiêu hao cho việc di chuyển máy

+Sy=20,3 (T): Lực nâng xác định theo điều kiện ổn định

+Vn=0,1 (m/s): Vận tốc nâng thiết bị ủi

+Vd=0,69(m/s).: Vận tốc di chuyển của máy khi làm việc, ứng với tay sốI+n=0,95: Hiệu suất cơ cấu nâng

+d=0,95: Hiệu suất cơ cấu di chuyển

+Tmax=15,3 (T): Lực kéo tiếp tuyến lớn nhất của máy kéo Thay số liệu vào công thức trên ta có: Nn+Nd= 132,5 (kW)